[实用新型]一种环形振荡器电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种时钟振荡器，尤其涉及一种可以实现温度补偿以稳定频率的环形振荡器电路。

背景技术

利用标准的CMOS工艺实现片上的时钟振荡器来取代片外的晶振，对于降低系统的成本，提高系统的集成度有极大的帮助。实现片上时钟振荡器主要面临的挑战是如何保证时钟频率的稳定性，使振荡频率不随温度和电源电压的变化而改变。传统环形振荡器的振荡频率受电源电压变化的影响很大，当电源电压降低50％时，频率降低50％以上。

图1所示为传统CMOS环形振荡电路的示意图。如图1所示，传统的CMOS环形振荡器，其中假定CMOS反相器中的上拉PMOS管在对电容C充电的过程中一直处于饱和状态，下拉NMOS管在放电过程中也一直处于饱和状态，且设上升时间等于下降时间，根据分析，振荡频率为f＝1/T，振荡周期为：

T=N*VDD*C(VDD-Vt)2*(1βn+1βp);]]>式中，1βn,p=WL*Kn.p,]]>K_n,p是与材料、工艺有关的参数，Vt是MOS管的阈值电压，N为反相器的级数。

可见，当阈值电压一定时，随电源电压的减小，充放电电流减小，上升沿、下降沿时间增大，从而导致振荡频率大大降低。当环境温度发生变化时，晶体管的参数会随之发生变化，从而引起振荡器的输出频率变化，电子迁移率μn，空穴迁移率μp，阈值电压V_THp，V_THn都会随温度而变化，其中：

μp∝T^-2.2

μn∝T^-2.2

V_THn＝V_THn0(1-kn T)

V_THp＝V_THp0(1-kp T)

式中,kn和kp都大于0,V_THp0和V_THn0分别为PMOS管和NMOS管在温度300K时的阈值电压，可以得出振荡器的输出随着温度的升高频率也会升高。

可得出该结构的环形振荡器受温度和电源以及工艺偏差等影响很大，当温度在-40℃ +85℃范围变化，工作电压在3V-6V变化时，振荡器的频率波动范围一般在30％以上，其频率精度无法满足很多应用场合的要求。